JP5456928B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

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本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.

一般に、窒化物半導体発光素子のなかでも窒化物半導体レーザ素子においては、光出射部の劣化を原因とする信頼性不良が知られている。光出射部の劣化は、非発光再結合準位の存在により光出射部が過度に発熱することによって起こるとされている。非発光再結合準位が発生する主要因としては光出射部の酸化が考えられている。   In general, nitride semiconductor laser elements among nitride semiconductor light emitting elements are known to have poor reliability due to deterioration of the light emitting portion. It is said that the deterioration of the light emitting part is caused by excessive heat generation of the light emitting part due to the presence of the non-radiative recombination level. As a main factor for generating the non-radiative recombination level, oxidation of the light emitting portion is considered.

そこで、光出射部の酸化を防止することを目的として、光出射部にアルミナ(Al23)または酸化シリコン(SiO2)などのコート膜が形成されている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, for the purpose of preventing oxidation of the light emitting portion, a coat film such as alumina (Al 2 O 3 ) or silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the light emitting portion (see, for example, Patent Document 1). .

特開2002−335053号公報JP 2002-335053 A

我々は、高出力駆動時でも光出射部の劣化を原因とした信頼性不良を起こさないような窒化物半導体レーザ素子の実現を目指して、研究を行なってきた。   We have conducted research aiming to realize a nitride semiconductor laser device that does not cause poor reliability due to deterioration of the light emitting portion even during high-power driving.

光出射側の端面にアルミナからなるコート膜を80nmの厚さに形成し、光反射側の端面に酸化シリコン膜/酸化チタン膜の多層膜を形成して95%の反射率とした従来の窒化物半導体レーザ素子について、低温かつ低出力の条件でのエージング試験(30℃、CW駆動、光出力30mW)と高温かつ高出力の条件でのエージング試験(70℃、CW駆動、光出力100mW)の2種類のエージング試験を行なった。その結果、低温かつ低出力の条件でのエージング試験では、3000時間を超えても安定に動作していたが、高温かつ高出力の条件でのエージング試験においては400時間を超えたあたりから、光出射部のCOD(Catastrophic Optical Damage)により、レーザ光の発振を停止する窒化物半導体レーザ素子が数多く見られた。したがって、従来の窒化物半導体レーザ素子においては、高温かつ高出力の条件では400時間という比較的短いエージング時間で光出射部のCODが問題になることがわかった。   A conventional nitridation is formed by forming a coat film made of alumina on the end face on the light emitting side to a thickness of 80 nm and forming a multilayer film of silicon oxide film / titanium oxide film on the end face on the light reflecting side to achieve a reflectivity of 95%. Aging test (30 ° C., CW drive, optical output 30 mW) under low temperature and low output conditions and aging test (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) under high temperature and high output conditions for semiconductor laser devices Two types of aging tests were performed. As a result, in the aging test under the condition of low temperature and low output, the operation was stable even after 3000 hours. However, in the aging test under the condition of high temperature and high output, the light was observed from around 400 hours. Many nitride semiconductor laser elements that stop the oscillation of laser light due to COD (Catastrophic Optical Damage) at the emission part were observed. Accordingly, it has been found that in the conventional nitride semiconductor laser device, the COD of the light emitting portion becomes a problem with a relatively short aging time of 400 hours under the condition of high temperature and high output.

また、窒化物半導体発光ダイオード素子を高温かつ高出力の条件で駆動させる場合にもその光出射部である発光面が劣化して信頼性が低下することが考えられる。   Further, even when the nitride semiconductor light emitting diode element is driven under conditions of high temperature and high output, it is conceivable that the light emitting surface as the light emitting portion is deteriorated and reliability is lowered.

また、窒化物半導体を用いたHFET(Heterostructure Field Effect Transistor)などの窒化物半導体トランジスタ素子においても信頼性の向上が要望されている。   There is also a demand for improved reliability in nitride semiconductor transistor elements such as HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) using nitride semiconductors.

そこで、本発明の目的は、高温かつ高出力の駆動においても十分な信頼性を得ることができる窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を製造するための窒化物半導体発光素子の製造方法、ならびに信頼性を向上することができる窒化物半導体トランジスタ素子を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of obtaining sufficient reliability even at high temperature and high output driving, and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor transistor device capable of improving reliability.

本発明は、光出射部にコート膜が形成されている窒化物半導体発光素子において、前記コート膜は、アルミニウムの窒化物結晶、もしくはアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されており、さらに前記コート膜は、光出射部を構成する窒化物半導体結晶と結晶軸が揃っていることを特徴としている。   The present invention provides a nitride semiconductor light emitting device in which a coat film is formed at a light emitting portion, wherein the coat film is made of an aluminum nitride crystal or an aluminum oxynitride crystal, and further the coat film Is characterized in that the crystal axis is aligned with the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting portion.

前記コート膜上に、アモルファス膜が形成されていることが好ましい。   It is preferable that an amorphous film is formed on the coating film.

本発明によれば、高温かつ高出力の駆動においても十分な信頼性を得ることができる窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を製造するための窒化物半導体発光素子の製造方法、ならびに信頼性を向上することができる窒化物半導体トランジスタ素子を提供することができる。   According to the present invention, a nitride semiconductor light emitting device capable of obtaining sufficient reliability even at high temperature and high output drive, a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device, and A nitride semiconductor transistor device capable of improving reliability can be provided.

本発明の窒化物半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a preferred example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. 図1に示す窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向の模式的な側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 1 in the cavity length direction. ECRスパッタ成膜装置の一例の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of an example of an ECR sputtering film-forming apparatus. 実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面近傍のTEM写真である。3 is a TEM photograph of the vicinity of the end surface on the light emission side of the nitride semiconductor laser element according to the first embodiment. 図4に示す領域AのTEMによる電子線回折パターンである。It is an electron beam diffraction pattern by TEM of the area | region A shown in FIG. 図4に示す領域BのTEMによる電子線回折パターンである。It is an electron beam diffraction pattern by TEM of the area | region B shown in FIG. 実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子のエージング前とエージング後のCODレベルについて調査した結果である。FIG. 6 is a result of investigating COD levels before and after aging of the nitride semiconductor laser element of the first embodiment. FIG. 従来の窒化物半導体レーザ素子のエージング時間とCODレベルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the aging time of the conventional nitride semiconductor laser element, and a COD level. 本発明の窒化物半導体トランジスタ素子の好ましい一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of a preferable example of the nitride semiconductor transistor element of this invention. 窒化物半導体レーザ素子の端面の膜の剥がれの一例を図解する模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of peeling of a film on an end face of a nitride semiconductor laser element.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

本発明者は、上記の問題を解決するために、低温かつ低出力の条件(30℃、CW駆動、光出力30mW)でのエージング後と高温かつ高出力の条件(70℃、CW駆動、光出力100mW)でのエージング後のそれぞれの上記構成の従来の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルの変化を調べた。   In order to solve the above problem, the present inventor has performed aging under conditions of low temperature and low output (30 ° C., CW drive, light output 30 mW) and conditions of high temperature and high output (70 ° C., CW drive, light The change in the COD level of the conventional nitride semiconductor laser element having the above-described configuration after aging at an output of 100 mW was examined.

図8に従来の窒化物半導体レーザ素子のエージング時間とCODレベルとの関係を示す。なお、図8において、横軸はエージング時間を示し、縦軸はCODレベルを示している。ここで、CODレベルは、上記条件においてエージング時間をそれぞれ変化させてエージングした後のそれぞれの窒化物半導体レーザ素子について駆動電流(CW駆動)を徐々に増加させて光出力を増加させていったときに光出射部がCODしたときの光出力値のことをいう。   FIG. 8 shows the relationship between the aging time and the COD level of a conventional nitride semiconductor laser device. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the aging time, and the vertical axis indicates the COD level. Here, the COD level is obtained when the light output is increased by gradually increasing the drive current (CW drive) for each nitride semiconductor laser element after aging by changing the aging time under the above conditions. The light output value when the light emitting part CODs.

図8に示すように、低温かつ低出力の条件でエージングした後の窒化物半導体レーザ素子においては、エージング時間が50時間程度で光出射部のCODによる劣化が起こるが、エージング時間がそれよりも長くなっても、CODレベルはほとんど変化していない。   As shown in FIG. 8, in the nitride semiconductor laser element after aging under low temperature and low output conditions, the aging time is about 50 hours, and the light emitting portion is deteriorated by COD. Even with increasing length, the COD level has hardly changed.

一方、高温かつ高出力の条件でエージングした後の窒化物半導体レーザ素子においてもエージング時間が50時間程度で光出射部のCODによる劣化が起こり、エージング時間が200時間程度まではCODレベルは大きく低下しない。しかしながら、エージング時間が400時間を超えるとCODレベルの大きな低下が見られる。   On the other hand, even in a nitride semiconductor laser element after aging under high temperature and high output conditions, degradation of the light emitting portion due to COD occurs in about 50 hours, and the COD level greatly decreases until the aging time is about 200 hours. do not do. However, when the aging time exceeds 400 hours, the COD level is greatly reduced.

以上の結果から、本発明者は、高温かつ高出力の条件でのエージングにおいてはエージング時間が400時間以降のCODレベルの低下が窒化物半導体レーザ素子の信頼性の低下を引き起こしている原因であることがわかった。   From the above results, the present inventor is the cause of the decrease in the reliability of the nitride semiconductor laser device due to the decrease in the COD level after aging time of 400 hours or more in aging under high temperature and high output conditions. I understood it.

本発明者は、大気中の酸素またはO−H基などが光出射側の端面に形成されたアルミナからなるコート膜中を透過して光出射側の端面を構成する窒化物半導体結晶の表面にまで到達し、窒化物半導体結晶を酸化したためにCODレベルの低下を引き起こしたと考えた。すなわち、大気中の酸素またはO−H基などがアルミナからなる80nmの厚さのコート膜中を透過するのに400時間程度かかったものと考えられる。   The inventor transmits oxygen or O—H groups in the atmosphere through a coating film made of alumina formed on the end surface on the light emitting side to form a surface of the nitride semiconductor crystal constituting the end surface on the light emitting side. It was considered that the COD level was lowered because the nitride semiconductor crystal was oxidized. That is, it is considered that it took about 400 hours for oxygen or O—H groups in the atmosphere to pass through the 80 nm-thick coat film made of alumina.

光出射側の端面に形成されるコート膜は、ほとんどの場合、EB(Electron Beam)蒸着法またはスパッタリング法などの方法を用いて成膜される。この場合は、コート膜はほぼアモルファスとなることが知られている。上記の試験を行なった後の窒化物半導体レーザ素子の端面についてTEM(Transmission Electron Microscopy)観察を行い、コート膜の電子線回折パターンを観察したところ、アモルファス特有のハローパターンが見られ、コート膜がアモルファスであることが確認された。   In most cases, the coating film formed on the end face on the light emitting side is formed using a method such as an EB (Electron Beam) vapor deposition method or a sputtering method. In this case, it is known that the coating film is almost amorphous. When TEM (Transmission Electron Microscopy) observation was performed on the end face of the nitride semiconductor laser element after the above test and the electron diffraction pattern of the coating film was observed, a halo pattern peculiar to the amorphous was observed, and the coating film was It was confirmed to be amorphous.

そこで、本発明者は、アモルファスのコート膜は、密度が低く欠陥を多く含んでいるため、大気中の酸素またはO−H基などを透過しやすいのではないかと考えた。そして、本発明者が鋭意検討した結果、窒化物半導体発光素子の光出射部にアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶を含むコート膜を形成することによって、高温かつ高出力の駆動において十分な信頼性を得ることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventor considered that the amorphous coating film has a low density and contains many defects, so that it may easily transmit oxygen or O—H groups in the atmosphere. As a result of intensive studies by the present inventors, by forming a coating film containing an aluminum nitride crystal or an aluminum oxynitride crystal in the light emitting portion of the nitride semiconductor light emitting device, high temperature and high output driving can be achieved. It has been found that sufficient reliability can be obtained, and the present invention has been completed.

さらに、本発明者が鋭意検討した結果、コート膜中のアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が光出射部を構成している窒化物半導体結晶の結晶軸と揃っている場合には、高温かつ高出力の駆動においてさらに信頼性を向上することができることを見いだした。   Further, as a result of intensive studies by the present inventors, the crystal axis of the aluminum nitride crystal or the aluminum oxynitride crystal in the coating film is aligned with the crystal axis of the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting portion. In some cases, it has been found that reliability can be further improved in high temperature and high output driving.

また、本発明において、コート膜の厚さは6nm以上150nm以下であることが好ましい。コート膜の厚さが6nm未満の場合にはコート膜の厚さが薄すぎて酸素などがコート膜中を透過するのを十分に抑制することができないおそれがある。また、コート膜の厚さが150nmを超えている場合には結晶化しているコート膜はアモルファスの場合に比べて強い内部応力を有しているため、コート膜にひび割れなどの問題が発生するおそれがある。   In the present invention, the thickness of the coat film is preferably 6 nm or more and 150 nm or less. When the thickness of the coat film is less than 6 nm, the thickness of the coat film is so thin that oxygen or the like may not be sufficiently prevented from passing through the coat film. In addition, when the thickness of the coating film exceeds 150 nm, the crystallized coating film has a stronger internal stress than that of the amorphous film, which may cause problems such as cracks in the coating film. There is.

また、本発明において、アルミニウムの酸窒化物結晶からなるコート膜の酸素の含有量がコート膜を構成する原子全体の35原子%よりも多い場合には、コート膜がアルミナの特性に近づき、アルミニウムの酸窒化物結晶の結晶性が崩れてしまい、酸素などがコート膜中を透過するのを十分に抑制することができていない傾向にある。したがって、本発明において、アルミニウムの酸窒化物結晶からなるコート膜中の酸素の含有量は35原子%以下であることが好ましく、更に好ましくは15原子%以下である。   In the present invention, when the oxygen content of the coat film made of an oxynitride crystal of aluminum is more than 35 atomic% of the total atoms constituting the coat film, the coat film approaches the characteristics of alumina, and aluminum The crystallinity of the oxynitride crystal is broken, and oxygen or the like tends not to be sufficiently suppressed from permeating through the coat film. Therefore, in the present invention, the oxygen content in the coat film made of aluminum oxynitride crystal is preferably 35 atomic% or less, and more preferably 15 atomic% or less.

ここで、本発明の窒化物半導体発光素子としては、たとえば、窒化物半導体レーザ素子または窒化物半導体発光ダイオード素子などがある。また、本発明の窒化物半導体発光素子は、基板上に形成された活性層とクラッド層とがアルミニウム、インジウムおよびガリウムからなる群から選択された少なくとも1種の3族元素と5族元素である窒素との化合物を50質量%以上含む材料から構成されている発光素子のことを意味する。   Here, examples of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention include a nitride semiconductor laser device and a nitride semiconductor light emitting diode device. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer and the cladding layer formed on the substrate are at least one group 3 element and group 5 element selected from the group consisting of aluminum, indium and gallium. It means a light emitting device composed of a material containing 50% by mass or more of a compound with nitrogen.

また、本発明の窒化物半導体トランジスタ素子としては、たとえば、窒化物半導体を用いたHFETなどがある。   The nitride semiconductor transistor element of the present invention includes, for example, an HFET using a nitride semiconductor.

(実施の形態1)
図1に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子100は、n型GaNからなる半導体基板101上に、n型GaNからなる厚さ0.2μmのバッファ層102、n型Al0.06Ga0.94Nからなる厚さ2.3μmのn型クラッド層103、n型GaNからなる厚さ0.02μmのn型ガイド層104、厚さ4nmのInGaNと厚さ8nmのGaNからなる多重量子井戸活性層105、p型Al0.3Ga0.7Nからなる厚さ20nmのp型電流ブロック層106、p型Al0.05Ga0.95Nからなる厚さ0.5μmのp型クラッド層107およびp型GaNからなる厚さ0.1μmのp型コンタクト層108が半導体基板101側からこの順序でエピタキシャル成長により積層された構成を有している。なお、上記の各層の混晶比は適宜調節されるものであり、本発明の本質とは関係がない。また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子から発振されるレーザ光の波長は多重量子井戸活性層105の混晶比によって、たとえば370nm〜470nmの範囲で適宜調節することができる。なお、本実施の形態においては、レーザ光の波長は405nmとされた。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a preferred example of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment. Here, the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment includes a buffer layer 102 made of n-type GaN having a thickness of 0.2 μm and an n-type Al 0.06 Ga 0.94 N on a semiconductor substrate 101 made of n-type GaN. An n-type cladding layer 103 having a thickness of 2.3 μm, an n-type guide layer 104 having a thickness of 0.02 μm made of n-type GaN, a multi-quantum well active layer 105 made of InGaN having a thickness of 4 nm and GaN having a thickness of 8 nm, A p-type current blocking layer 106 having a thickness of 20 nm made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N, a p-type cladding layer 107 having a thickness of 0.5 μm made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N, and a thickness of 0.1 μm made of p-type GaN. A 1 μm p-type contact layer 108 is stacked by epitaxial growth in this order from the semiconductor substrate 101 side. In addition, the mixed crystal ratio of each said layer is adjusted suitably, and is not related to the essence of this invention. Further, the wavelength of the laser light oscillated from the nitride semiconductor laser element of the present embodiment can be adjusted as appropriate within a range of 370 nm to 470 nm, for example, depending on the mixed crystal ratio of the multiple quantum well active layer 105. In the present embodiment, the wavelength of the laser light is 405 nm.

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子100は、p型クラッド層107およびp型コンタクト層108の一部が除去されて、ストライプ状のリッジストライプ部111が共振器長方向に延伸するように形成されている。ここで、リッジストライプ部111のストライプの幅は、たとえば1.2〜2.4μm程度であり、代表的には1.5μm程度である。   Further, in the nitride semiconductor laser device 100 of the present embodiment, the p-type cladding layer 107 and the p-type contact layer 108 are partially removed so that the striped ridge stripe portion 111 extends in the cavity length direction. Is formed. Here, the width of the stripe of the ridge stripe portion 111 is, for example, about 1.2 to 2.4 μm, and typically about 1.5 μm.

また、p型コンタクト層108の表面にはPd層とMo層とAu層の積層体からなるp電極110が設けられ、p電極110の下部にはリッジストライプ部111の形成箇所を除いてSiO2層とTiO2層の積層体からなる絶縁膜109が設けられている。また、n型GaN基板101の上記の層の積層側と反対側の表面にはHf層とAl層の積層体からなるn電極112が形成されている。 Further, a p-electrode 110 made of a laminate of a Pd layer, a Mo layer, and an Au layer is provided on the surface of the p-type contact layer 108, and a SiO 2 layer is formed below the p-electrode 110 except for a portion where the ridge stripe portion 111 is formed. An insulating film 109 made of a laminate of a layer and a TiO 2 layer is provided. In addition, an n-electrode 112 made of a laminate of an Hf layer and an Al layer is formed on the surface of the n-type GaN substrate 101 opposite to the layer on the layer side.

図2に、図1に示す本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向の模式的な側面図を示す。ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子100の光出射側の端面113にはAlabc(a+b+c=1、0<b≦0.35)の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜114が厚さ6nmで形成されており、コート膜114上にはアルミニウムの酸化物膜115が80nmの厚さで形成されている。なお、上記の組成式において、Alはアルミニウムを示し、Oは酸素を示し、Nは窒素を示す。また、上記の組成式において、aはアルミニウムの組成比を示し、bは酸素の組成比を示し、cは窒素の組成比を示す。スパッタ法によりコート膜を形成した場合には、アルゴンなどが多少含まれることがあるが、ここでは、Al、OおよびN以外のアルゴンなどを除いた組成比で換算して表現している。つまり、Al、OおよびNの組成比の合計が1となるようにしている。 FIG. 2 is a schematic side view of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment shown in FIG. 1 in the cavity length direction. Here, the end surface 113 on the light emitting side of the nitride semiconductor laser device 100 of the present embodiment is made of aluminum expressed by a composition formula of Al a Ob N c (a + b + c = 1, 0 <b ≦ 0.35). A coat film 114 made of oxynitride is formed with a thickness of 6 nm, and an aluminum oxide film 115 is formed with a thickness of 80 nm on the coat film 114. In the above composition formula, Al represents aluminum, O represents oxygen, and N represents nitrogen. In the above composition formula, a represents the composition ratio of aluminum, b represents the composition ratio of oxygen, and c represents the composition ratio of nitrogen. When the coat film is formed by the sputtering method, argon or the like may be included to some extent, but here, it is expressed in terms of a composition ratio excluding argon other than Al, O, and N. That is, the sum of the composition ratios of Al, O, and N is set to 1.

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子100の光反射側の端面116には厚さ6nmのアルミニウムの酸窒化物膜117、厚さ80nmのアルミニウムの酸化物膜118、および、厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ46nmの酸化チタン膜とを1ペアとして4ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜119がこの順序で形成されている。   The end surface 116 on the light reflection side of the nitride semiconductor laser device 100 of the present embodiment has an aluminum oxynitride film 117 having a thickness of 6 nm, an aluminum oxide film 118 having a thickness of 80 nm, and a thickness of 71 nm. This is a high reflection film 119 in which a silicon oxide film and a 46 nm-thick titanium oxide film are stacked as a pair, and four pairs are stacked (lamination starts from the silicon oxide film), and then a 142 nm-thick silicon oxide film is stacked on the outermost surface. Formed in order.

なお、上記のコート膜114、アルミニウムの酸化物膜115、アルミニウムの酸窒化物膜117、アルミニウムの酸化物膜118および高反射膜119は、上記の半導体基板上にバッファ層などの上記の窒化物半導体層を順次積層し、リッジストライプ部を形成した後に、絶縁膜、p電極およびn電極をそれぞれ形成したウエハを劈開することによって劈開面である端面113および端面116がそれぞれ露出した試料を作製し、その試料の端面113および端面116上にそれぞれ形成される。   The coating film 114, the aluminum oxide film 115, the aluminum oxynitride film 117, the aluminum oxide film 118, and the highly reflective film 119 are formed on the semiconductor substrate by using the above-described nitride such as a buffer layer. After sequentially laminating the semiconductor layers and forming the ridge stripe portion, the wafer on which the insulating film, the p-electrode, and the n-electrode are formed is cleaved to prepare a sample in which the end face 113 and the end face 116 that are cleavage faces are exposed. , Formed on the end face 113 and the end face 116 of the sample, respectively.

上記のコート膜114を形成する前に成膜装置内において端面113をたとえば100℃以上の温度で加熱することによって、端面113に付着している酸化膜や不純物などを除去してクリーニングすることが好ましいが、本発明においては特に行なわなくてもよい。また、端面113にたとえばアルゴンまたは窒素のプラズマを照射することで端面113のクリーニングを行なってもよいが、本発明においては特に行なわなくてもよい。また、端面113を加熱しながらプラズマ照射することも可能である。また、上記のプラズマの照射に関しては、たとえば、アルゴンのプラズマを照射した後に続けて窒素のプラズマを照射することも可能であり、その逆の順番でプラズマを照射してもよい。アルゴンと窒素以外にも、たとえば、ヘリウム、ネオン、キセノンまたはクリプトンなどの希ガスを用いることもできる。   Before the coating film 114 is formed, the end surface 113 is heated at a temperature of, for example, 100 ° C. or higher in the film forming apparatus, thereby removing the oxide film and impurities attached to the end surface 113 and cleaning the surface. Although it is preferable, it is not particularly necessary in the present invention. Further, the end face 113 may be cleaned by irradiating the end face 113 with, for example, argon or nitrogen plasma, but this is not particularly necessary in the present invention. It is also possible to irradiate plasma while heating the end face 113. As for the above-described plasma irradiation, for example, it is possible to irradiate nitrogen plasma after irradiating argon plasma, and the plasma may be irradiated in the reverse order. In addition to argon and nitrogen, for example, a rare gas such as helium, neon, xenon, or krypton can be used.

また、上記のコート膜114は、たとえば以下に説明するECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法により形成することができるが、他の各種スパッタ法、またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法あるいはEB(Electron Beam)蒸着法などにより形成することもできる。   The coating film 114 can be formed by, for example, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering method described below. However, other various sputtering methods, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or an EB (Electron Beam) method can be used. It can also be formed by vapor deposition.

図3に、ECRスパッタ成膜装置の一例の模式的な構成図を示す。ここで、ECRスパッタ成膜装置は、成膜室200と、磁気コイル203と、マイクロ波導入窓202とを備えている。成膜室200にはガス導入口201およびガス排気口209が設置されており、成膜室200内にはRF電源208に接続されたAlターゲット204とヒータ205とが設置されている。また、成膜室200内には試料台207が設置されており、試料台207上には上記の試料206が設置されている。なお、磁気コイル203はプラズマを生成するのに必要な磁場を発生させるために設けられており、RF電源208はAlターゲット204をスパッタするために用いられる。また、マイクロ波導入窓202よりマイクロ波210が成膜室200内に導入される。   FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an example of an ECR sputtering film forming apparatus. Here, the ECR sputtering film forming apparatus includes a film forming chamber 200, a magnetic coil 203, and a microwave introduction window 202. A gas introduction port 201 and a gas exhaust port 209 are installed in the film forming chamber 200, and an Al target 204 and a heater 205 connected to an RF power source 208 are installed in the film forming chamber 200. A sample stage 207 is installed in the film forming chamber 200, and the sample 206 is installed on the sample stage 207. The magnetic coil 203 is provided for generating a magnetic field necessary for generating plasma, and the RF power source 208 is used for sputtering the Al target 204. Further, the microwave 210 is introduced into the film forming chamber 200 through the microwave introduction window 202.

そして、ガス導入口201から成膜室200内に窒素ガスを5.2sccmの流量で導入し、酸素ガスを1.0sccmの流量で導入し、さらに、プラズマを効率よく発生させて成膜速度を大きくするためにアルゴンガスを20.0sccmの流量で導入する。なお、成長室200内における窒素ガスと酸素ガスの比率を変更することによって上記のコート膜114中の酸素の含有量を変更することができる。また、Alターゲット204をスパッタするためにAlターゲット204にRFパワーを500W印加し、プラズマの生成に必要なマイクロ波パワーを500W印加した場合には、成膜レートが1.7Å/秒で、波長405nmの光の屈折率が2.1であるアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜114を形成することができる。コート膜114を構成するアルミニウム、窒素および酸素の含有量(原子%)はたとえばAES(Auger Electron Spectroscopy)によって測定することができる。また、コート膜114を構成する酸素の含有量は、TEM−EDX(Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)によっても測定することができる。   Then, nitrogen gas is introduced into the film formation chamber 200 from the gas introduction port 201 at a flow rate of 5.2 sccm, oxygen gas is introduced at a flow rate of 1.0 sccm, and plasma is efficiently generated to increase the film formation rate. In order to enlarge, argon gas is introduced at a flow rate of 20.0 sccm. Note that the oxygen content in the coating film 114 can be changed by changing the ratio of nitrogen gas to oxygen gas in the growth chamber 200. In addition, when 500 W of RF power is applied to the Al target 204 to sputter the Al target 204 and 500 W of microwave power necessary for plasma generation is applied, the film formation rate is 1.7 Å / second, the wavelength A coating film 114 made of an aluminum oxynitride having a refractive index of light of 405 nm of 2.1 can be formed. The contents (atomic%) of aluminum, nitrogen and oxygen constituting the coating film 114 can be measured by, for example, AES (Auger Electron Spectroscopy). The content of oxygen constituting the coating film 114 can also be measured by TEM-EDX (Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).

上記と同一の条件で別途作製したアルミニウムの酸窒化物をAESにより厚さ方向に組成の分析をした結果、このアルミニウムの酸窒化物を構成するアルミニウムの含有量は34.8原子%、酸素の含有量は3.8原子%および窒素の含有量は61.4原子%で厚さ方向にほぼ均一な組成であることがわかった。なお、極微量のアルゴンも検出された。ここで、アルゴンは、Alターゲット204をスパッタするために成膜室200内に導入されたアルゴンガスの一部が取り込まれたものである。また、コート膜114中のアルミニウム、酸素、窒素およびアルゴンの総原子数を100原子%としたときのコート膜114中のアルゴンの含有量は0原子%よりも多く5原子%未満の範囲となり、通常は1原子%以上3原子%以下程度となるが、本発明はこれに限定されるものではない。   As a result of analyzing the composition of aluminum oxynitride separately produced in the thickness direction by AES under the same conditions as described above, the content of aluminum constituting the aluminum oxynitride was 34.8 atomic%, It was found that the content was 3.8 atomic% and the nitrogen content was 61.4 atomic%, and the composition was almost uniform in the thickness direction. A very small amount of argon was also detected. Here, argon is a part of the argon gas introduced into the film formation chamber 200 for sputtering the Al target 204. Further, when the total number of atoms of aluminum, oxygen, nitrogen and argon in the coating film 114 is 100 atomic%, the argon content in the coating film 114 is in the range of more than 0 atomic% and less than 5 atomic%. Usually, it is about 1 atom% or more and 3 atom% or less, but the present invention is not limited to this.

また、光出射側のアルミニウムの酸化物膜115、光反射側のアルミニウムの酸窒化物膜117、アルミニウムの酸化物膜118および高反射膜119も上記のコート膜114と同様にECRスパッタ法などにより形成することができる。また、これらの膜の形成前にも加熱によるクリーニングおよび/またはプラズマ照射によるクリーニングを行なうことが好ましい。ただし、光出射部の劣化が問題となるのは光密度の大きい光出射側であり、光反射側は光出射側に比べて光密度が小さいため、劣化が問題とならない場合が多い。したがって、本発明においては、光反射側の端面116にはアルミニウムの酸窒化物膜などの膜は設けなくてもよい。また、本実施の形態においては、光反射側の端面116には厚さ6nmのアルミニウムの酸窒化物117が形成されているが、アルミニウムの酸窒化物117の厚さはたとえば50nmと厚くしても問題はない。   Further, the aluminum oxide film 115 on the light emitting side, the aluminum oxynitride film 117 on the light reflecting side, the aluminum oxide film 118 and the highly reflective film 119 are also formed by the ECR sputtering method or the like in the same manner as the coating film 114 described above. Can be formed. Also, it is preferable to perform cleaning by heating and / or cleaning by plasma irradiation before forming these films. However, the deterioration of the light emitting portion is a problem on the light emitting side where the light density is large, and the light reflecting side has a light density lower than that on the light emitting side, so that deterioration is not a problem in many cases. Therefore, in the present invention, a film such as an aluminum oxynitride film may not be provided on the end surface 116 on the light reflection side. In this embodiment, aluminum oxynitride 117 having a thickness of 6 nm is formed on end surface 116 on the light reflection side. The thickness of aluminum oxynitride 117 is, for example, as thick as 50 nm. There is no problem.

また、端面に上記の膜を形成した後には加熱処理を行なってもよい。これにより、上記の膜に含まれる水分の除去や加熱処理による膜質の向上を期待することができる。   Further, after the above film is formed on the end face, heat treatment may be performed. As a result, it is possible to expect an improvement in film quality due to the removal of moisture contained in the film and the heat treatment.

以上のようにして、上記の試料の光出射側の端面113にコート膜114およびアルミニウムの酸化物膜115をこの順序で形成し、光反射側の端面116にアルミニウムの酸窒化物膜117、アルミニウムの酸化物膜118および高反射膜119をこの順序で形成した後にチップ状に分割することによって、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子が得られる。   As described above, the coating film 114 and the aluminum oxide film 115 are formed in this order on the end surface 113 on the light emitting side of the above sample, and the aluminum oxynitride film 117 and aluminum are formed on the end surface 116 on the light reflecting side. The oxide film 118 and the highly reflective film 119 are formed in this order and then divided into chips to obtain the nitride semiconductor laser device of the present embodiment.

図4に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面近傍のTEM写真を示す。また、図5に、図4に示す領域AのTEMによる電子線回折パターンを示し、図6に、図4に示す領域BのTEMによる電子線回折パターンを示す。図4に示す領域Bは光出射側の端面113とコート膜114の2つの領域にまたがっており、図6ではこの2つの領域からの回折像を分離するために、スポット径を絞っている。   FIG. 4 shows a TEM photograph in the vicinity of the end face on the light emission side of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment. 5 shows an electron beam diffraction pattern of the region A shown in FIG. 4 by TEM, and FIG. 6 shows an electron beam diffraction pattern of the region B shown in FIG. 4 by TEM. A region B shown in FIG. 4 extends over two regions of the light emitting side end face 113 and the coating film 114, and in FIG. 6, the spot diameter is narrowed down in order to separate diffraction images from these two regions.

図5に示すように、この電子線回折パターンは回折スポットが点在していることから、アルミニウムの酸窒化物からなるコート膜114の領域Aの部分は結晶化していることがわかる。   As shown in FIG. 5, since this electron beam diffraction pattern is dotted with diffraction spots, it can be seen that the region A of the coating film 114 made of aluminum oxynitride is crystallized.

また、図6に示す矢印は領域Bにおけるコート膜114の回折スポットを示しているが、図6に示すように、コート膜114の回折スポットは光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶の回折スポットとほぼ一致している。したがって、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸は揃っていることが確認された。   Further, the arrows shown in FIG. 6 indicate the diffraction spots of the coat film 114 in the region B. As shown in FIG. 6, the diffraction spots of the coat film 114 form the nitride semiconductor crystal constituting the end face 113 on the light emission side. It almost coincides with the diffraction spot. Therefore, it was confirmed that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the end face 113 on the light emitting side and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

ここで、図6は、厳密には、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射部とコート膜114との回折スポットを比較しているわけではないが、光出射側の端面113は窒化物半導体層が順次エピタキシャル成長して形成されたウエハの端面であることから、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶の結晶軸はすべて揃っていると考えられる。したがって、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面113の一部である光出射部を構成する窒化物半導体結晶の結晶軸とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸とは揃っていると考えられる。   Here, strictly speaking, FIG. 6 does not compare the diffraction spots of the light emitting portion of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment and the coat film 114, but the end face 113 on the light emitting side is Since the nitride semiconductor layer is the end face of the wafer formed by epitaxial growth sequentially, it is considered that all the crystal axes of the nitride semiconductor crystals constituting the end face 113 on the light emitting side are aligned. Therefore, the crystal axis of the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting portion which is a part of the end surface 113 on the light emitting side of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 This is considered to be aligned with the crystal axis.

なお、図6においては、コート膜114の回折スポットは光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶の回折スポットとほぼ一致しているが、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶とは格子定数が異なるために、これらの回折スポットの位置は多少ずれることがある。また、図6の中央部においては、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶の回折スポットが大きく出ており、コート膜114の回折スポットはそれに隠れて見えていない。   In FIG. 6, the diffraction spot of the coat film 114 substantially coincides with the diffraction spot of the nitride semiconductor crystal constituting the end face 113 on the light emission side, but the nitride semiconductor constituting the end face 113 on the light emission side. Since the crystal and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 have different lattice constants, the positions of these diffraction spots may be slightly shifted. In addition, in the central portion of FIG. 6, the diffraction spots of the nitride semiconductor crystal constituting the end surface 113 on the light emission side are large, and the diffraction spots of the coat film 114 are not visible.

表1に、図5に示すコート膜114の回折スポットからコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の各方向の面間隔を求めた結果を示す。レファレンスとしてJCPDSカードに示されたアルミニウムの窒化物結晶の面間隔を一緒に記載している。ここで、本実施の形態で作製したコート膜114のC軸方向の面間隔は2.48オームストロング(Å)であった。   Table 1 shows the results obtained by determining the interplanar spacing of aluminum oxynitride crystals constituting the coating film 114 from the diffraction spots of the coating film 114 shown in FIG. The interplanar spacing of the aluminum nitride crystal shown on the JCPDS card as a reference is also shown. Here, the surface spacing in the C-axis direction of the coating film 114 manufactured in the present embodiment was 2.48 ohm strong (Å).

また、コート膜114上のアルミニウムの酸化物膜115の結晶系についてもTEMにより調べたところアモルファスであることが確認された。   The crystal system of the aluminum oxide film 115 on the coat film 114 was also examined by TEM and confirmed to be amorphous.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のエージング前とエージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルについて調査した。その結果を図7に示す。図7に示すように、エージング前のCODレベルは400mW程度であり、エージング時間が400時間を超えた場合でもCODレベルはほとんど低下していないことがわかる。   The COD level before aging and after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was investigated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the COD level before aging is about 400 mW, and it can be seen that the COD level hardly decreases even when the aging time exceeds 400 hours.

これは、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、コート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶は、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶上にエピタキシャル成長したと思われるような非常に結晶性の高い膜となっており、この結晶性の高さが、欠陥を多く含むと考えられるアモルファスのコート膜に比べて酸素の透過を抑制する膜として有効に機能しているためと考えられる。   This is presumably because in the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 was epitaxially grown on the nitride semiconductor crystal constituting the end face 113 on the light emitting side. Such a highly crystalline film is effectively functioning as a film that suppresses the permeation of oxygen compared to an amorphous coating film that is thought to contain many defects. This is probably because of this.

なお、上記において、Alabc(a+b+c=1、0<b≦0.35)の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜114の形成方法としては、図3に示すAlターゲット204の代わりに、ターゲットにAlxy(0<x<1、0<y<0.6)の組成式で表されるアルミニウムの酸化物からなるターゲットを用いて、成膜室200内に窒素を導入し反応性スパッタ法によって形成することも可能である。この場合は、意図的に酸素などを成膜室200に導入しなくても、コート膜114の形成が可能である。アルミニウムは比較的酸化性が高いため、酸素を導入した場合、酸素含有量の少ないコート膜114の組成制御および再現性は難しい。しかしながら、ターゲットにAlxy(0<x<1、0<y<0.6)の組成式で表されるアルミニウムの酸化物を用い、成膜室200に酸素を導入せず、窒素のみ導入する場合には、比較的容易に酸素含有量の低いコート膜114を形成することができる。なお、酸素含有量の低いアルミニウムの酸窒化物からなるターゲットを用いても同様の結果を得ることができる。 In the above, a method for forming the coat film 114 made of an aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al a O b N c (a + b + c = 1, 0 <b ≦ 0.35) is shown in FIG. In place of the Al target 204, a target made of an aluminum oxide represented by a composition formula of Al x O y (0 <x <1, 0 <y <0.6) is used as the target. It is also possible to form nitrogen by reactive sputtering using nitrogen. In this case, the coat film 114 can be formed without intentionally introducing oxygen or the like into the film formation chamber 200. Since aluminum has a relatively high oxidizing property, when oxygen is introduced, composition control and reproducibility of the coating film 114 having a low oxygen content is difficult. However, the target is an aluminum oxide represented by a composition formula of Al x O y (0 <x <1, 0 <y <0.6), oxygen is not introduced into the film formation chamber 200, and only nitrogen is used. In the case of introduction, the coating film 114 having a low oxygen content can be formed relatively easily. Similar results can be obtained using a target made of aluminum oxynitride having a low oxygen content.

なお、反応性スパッタリング装置を用いる場合には、アルミニウムの酸化物からなるターゲットを用いなくても、アルミニウムからなるターゲットを成膜室に設置して酸素ガスを導入した状態でマイクロ波を印加して酸素プラズマを生成し、酸素プラズマによりアルミニウムからなるターゲットの表面を酸化させることによって、アルミニウムからなるターゲットの表面にアルミニウムの酸化物からなるターゲットを作製することができる。   Note that when a reactive sputtering apparatus is used, a microwave is applied in a state where an oxygen gas is introduced with a target made of aluminum installed in a film formation chamber without using an aluminum oxide target. By generating oxygen plasma and oxidizing the surface of the target made of aluminum with the oxygen plasma, a target made of aluminum oxide can be formed on the surface of the target made of aluminum.

また、たとえば、以下のようなステップ1およびステップ2により、アルミニウムからなるターゲットを用いて、アルミニウムの酸窒化物膜を形成することも可能である。   Further, for example, it is possible to form an aluminum oxynitride film using a target made of aluminum by the following Step 1 and Step 2.

ステップ1
アルミニウムからなるターゲットが設置された反応性スパッタリング装置の成膜室に酸素ガスを導入し、マイクロ波を印加して、酸素プラズマを生成し、アルミニウムからなるターゲットをその酸素プラズマに曝すことにより、アルミニウムからなるターゲットの表面から数nm程度の深さだけアルミニウムを酸化させ、アルミニウムからなるターゲットの表面にアルミニウムの酸化物からなるターゲットを形成する。
Step 1
An oxygen gas is introduced into a film forming chamber of a reactive sputtering apparatus in which a target made of aluminum is installed, microwaves are applied to generate oxygen plasma, and the target made of aluminum is exposed to the oxygen plasma, thereby producing aluminum. Aluminum is oxidized to a depth of about several nm from the surface of the target made of aluminum, and a target made of aluminum oxide is formed on the surface of the target made of aluminum.

ステップ2
その後、成膜室に窒素ガスとアルゴンガスとを導入し、マイクロ波を印加しプラズマ状態にして、ステップ1で作製したアルミニウムの酸化物からなるターゲットをスパッタすることによって、アルミニウムの酸窒化物膜を形成することが可能となる。
Step 2
Thereafter, nitrogen gas and argon gas are introduced into the film formation chamber, microwaves are applied to form a plasma state, and the aluminum oxynitride film is sputtered by the target made of the aluminum oxide prepared in step 1. Can be formed.

なお、上記においては、ステップ1とステップ2との間に、アルゴンガス、窒素ガス、若しくはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスのプラズマに窒化物半導体の表面を曝してクリーニングする工程を追加してもよい。   In the above, a step of cleaning the surface of the nitride semiconductor by exposing it to plasma of argon gas, nitrogen gas, or a mixed gas of argon gas and nitrogen gas is added between step 1 and step 2. Also good.

(実施の形態2)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 2)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にアルミニウムの窒化物からなる厚さ20nmのコート膜114が形成されており、その上に厚さ200nmのアルミニウムの酸化物膜115が形成されている。   In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coating film 114 made of aluminum nitride is formed on the end surface 113 on the light emitting side, and an aluminum oxide having a thickness of 200 nm is formed thereon. A film 115 is formed.

また、光反射側の端面116には厚さ12nmのアルミニウムの窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ80nmのアルミニウムの酸化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸化物膜上に厚さ81nmの酸化シリコン膜と厚さ54nmの酸化チタン膜とを1ペアとして4ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ162nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum nitride film having a thickness of 12 nm is formed on the end face 116 on the light reflection side, and an aluminum oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the aluminum nitride film, and the aluminum oxide film is formed. 4 pairs of a silicon oxide film having a thickness of 81 nm and a titanium oxide film having a thickness of 54 nm are stacked on top of each other (lamination starts from the silicon oxide film), and then a silicon oxide film having a thickness of 162 nm is stacked on the outermost surface. A reflective film is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, when the crystal system of the coat film 114 was examined by the electron beam diffraction pattern of TEM, it was confirmed that the coat film 114 was composed of an aluminum nitride crystal. . It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum nitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態3)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 3)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.330.110.56の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ40nmのコート膜114が形成されており、その上に厚さ240nmのアルミニウムの酸化物膜115が形成されている。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, coat film 114 made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.33 O 0.11 N 0.56 is formed on end face 113 on the light emitting side. An aluminum oxide film 115 having a thickness of 240 nm is formed thereon.

また、光反射側の端面116には厚さ12nmのアルミニウムの窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ80nmのアルミニウムの酸化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸化物膜上に厚さ81nmの酸化シリコン膜と厚さ54nmの酸化チタン膜とを1ペアとして4ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ162nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum nitride film having a thickness of 12 nm is formed on the end face 116 on the light reflection side, and an aluminum oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the aluminum nitride film, and the aluminum oxide film is formed. 4 pairs of a silicon oxide film having a thickness of 81 nm and a titanium oxide film having a thickness of 54 nm are stacked on top of each other (lamination starts from the silicon oxide film), and then a silicon oxide film having a thickness of 162 nm is stacked on the outermost surface. A reflective film is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態4)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したことならびに発振されるレーザ光の波長を460nmとしたこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 4)
In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emitting side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflecting side are changed, and the laser beam oscillated The structure is the same as that of the nitride semiconductor laser element of the first embodiment except that the wavelength is 460 nm.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ50nmのコート膜114のみが形成されており、その反射率は10%程度とされている。   In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, only the 50 nm thick coat film 114 made of aluminum oxynitride is formed on the end surface 113 on the light emitting side, and the reflectance is about 10%. ing.

また、光反射側の端面116には厚さ6nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ80nmのアルミニウムの酸化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸化物膜上に厚さ81nmの酸化シリコン膜と厚さ54nmの酸化チタン膜とを1ペアとして4ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ162nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 6 nm is formed on the end surface 116 on the light reflection side, and an aluminum oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the aluminum oxynitride film. Four pairs of a silicon oxide film having a thickness of 81 nm and a titanium oxide film having a thickness of 54 nm are laminated on the material film as a pair, and then a silicon oxide film having a thickness of 162 nm is laminated on the outermost surface. A highly reflective film is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態5)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 5)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.300.250.45の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ50nmのコート膜114が形成されており、そのコート膜114上に厚さ110nmの窒化シリコン膜が形成されている。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, coat film 114 made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.30 O 0.25 N 0.45 is formed on end face 113 on the light emission side. A silicon nitride film having a thickness of 110 nm is formed on the coat film 114.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end surface 116 on the light reflecting side, and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum oxynitride film, and the silicon oxide film is formed on the silicon oxide film. A highly reflective film in which a silicon oxide film having a thickness of 142 nm is laminated on the outermost surface after six pairs are laminated (lamination starts from a silicon oxide film) with a silicon oxide film having a thickness of 71 nm and a silicon nitride film having a thickness of 50 nm as one pair. Is formed.

窒化シリコン膜は酸化シリコン膜よりも防湿性が高く、酸素透過性が低い(すなわち、O−H基および酸素が酸化シリコン膜中よりも拡散しにくい)ため、コート膜114上に窒化シリコン膜を形成することによって酸素などの透過による光出射側の端面113の酸化を抑制することができる傾向が大きくなる。   Since the silicon nitride film has higher moisture resistance and lower oxygen permeability than the silicon oxide film (that is, O—H groups and oxygen are less likely to diffuse than in the silicon oxide film), the silicon nitride film is formed on the coat film 114. By forming, the tendency which can suppress the oxidation of the end surface 113 of the light emission side by permeation | transmission of oxygen etc. becomes large.

ここで、コート膜114上の窒化シリコン膜の厚さは5nm以上であることが好ましく、80nm以上であることがより好ましい。コート膜114上の窒化シリコン膜の厚さが5nm未満である場合にはコート膜114の表面内において均一に成膜することが困難となる傾向にあり、80nm以上である場合には酸素の拡散の抑制効果がより高くなる傾向にあるためである。   Here, the thickness of the silicon nitride film on the coat film 114 is preferably 5 nm or more, and more preferably 80 nm or more. When the thickness of the silicon nitride film on the coat film 114 is less than 5 nm, it tends to be difficult to form a uniform film on the surface of the coat film 114, and when it is 80 nm or more, oxygen diffusion is likely to occur. This is because the inhibitory effect tends to be higher.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態6)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 6)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.310.030.66の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ30nmのコート膜114が形成され、そのコート膜114上に厚さ140nmの窒化シリコン膜が形成されており、その窒化シリコン膜上に厚さ140nmの酸化シリコン膜が形成されている。ここで、コート膜114上の窒化シリコン膜およびその窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜の厚さはそれぞれ5nm以上であることが好ましい。これらの膜の厚さが5nm未満である場合には面内に均一に成膜することが困難である傾向にあるためである。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coat film 114 made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.31 O 0.03 N 0.66 is formed on the end surface 113 on the light emitting side, A 140 nm thick silicon nitride film is formed on the coat film 114, and a 140 nm thick silicon oxide film is formed on the silicon nitride film. Here, the thickness of the silicon nitride film on the coat film 114 and the silicon oxide film on the silicon nitride film is preferably 5 nm or more, respectively. This is because, when the thickness of these films is less than 5 nm, it tends to be difficult to form a uniform film in a plane.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end surface 116 on the light reflecting side, and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum oxynitride film, and the silicon oxide film is formed on the silicon oxide film. A highly reflective film in which a silicon oxide film having a thickness of 142 nm is laminated on the outermost surface after six pairs are laminated (lamination starts from a silicon oxide film) with a silicon oxide film having a thickness of 71 nm and a silicon nitride film having a thickness of 50 nm as one pair. Is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面113側の最表面層である酸化シリコン膜を厚さ140nmのアルミニウムの酸化物膜に代えて上記と同様にしてエージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査したところ、上記と同様に400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   In addition, the silicon oxide film, which is the outermost surface layer on the light emitting side end face 113 side of the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, is replaced with an aluminum oxide film having a thickness of 140 nm and is aged in the same manner as described above (70). As a result of investigating the COD level after aging, CW driving, and optical output of 100 mW, it was confirmed that there was almost no decrease even after aging for 400 hours as described above.

(実施の形態7)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 7)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.320.080.60の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ30nmのコート膜114が形成され、そのコート膜114上に厚さ140nmの窒化シリコン膜が形成されており、その窒化シリコン膜上に厚さ160nmのアルミニウムの酸化物膜が形成されている。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coat film 114 made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.32 O 0.08 N 0.60 is formed on the end surface 113 on the light emission side, A 140 nm thick silicon nitride film is formed on the coat film 114, and an aluminum oxide film having a thickness of 160 nm is formed on the silicon nitride film.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end surface 116 on the light reflecting side, and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum oxynitride film, and the silicon oxide film is formed on the silicon oxide film. A highly reflective film in which a silicon oxide film having a thickness of 142 nm is laminated on the outermost surface after six pairs are laminated (lamination starts from a silicon oxide film) with a silicon oxide film having a thickness of 71 nm and a silicon nitride film having a thickness of 50 nm as one pair. Is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面113側の最表面層であるアルミニウムの酸化物膜を厚さ140nmのシリコンの酸化物膜に代えて上記と同様にしてエージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査したところ、上記と同様に400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   In addition, the aluminum oxide film, which is the outermost surface layer on the end surface 113 side on the light emitting side of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, is replaced with a 140 nm thick silicon oxide film and is aged in the same manner as described above. When the COD level after (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated, it was confirmed that there was almost no decrease even after aging for 400 hours as described above.

(実施の形態8)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 8)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.320.080.60の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ60nmのコート膜114が形成され、そのコート膜114上に厚さ230nmのシリコンの酸窒化物膜が形成されている。ここで、コート膜114上のシリコンの酸窒化物膜はSi0.3480.040.612の組成式で表わされ、シリコンの含有量は34.8原子%、酸素の含有量は4.0原子%および窒素の含有量は61.2原子%であった。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coat film 114 made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.32 O 0.08 N 0.60 is formed on the end surface 113 on the light emitting side, A silicon oxynitride film having a thickness of 230 nm is formed on the coat film 114. Here, the silicon oxynitride film on the coat film 114 is represented by a composition formula of Si 0.348 O 0.04 N 0.612 , the silicon content is 34.8 atomic%, and the oxygen content is 4.0 atomic%. The nitrogen content was 61.2 atomic%.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end surface 116 on the light reflecting side, and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum oxynitride film, and the silicon oxide film is formed on the silicon oxide film. A highly reflective film in which a silicon oxide film having a thickness of 142 nm is laminated on the outermost surface after six pairs are laminated (lamination starts from a silicon oxide film) with a silicon oxide film having a thickness of 71 nm and a silicon nitride film having a thickness of 50 nm as one pair. Is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態9)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 9)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にAl0.320.080.60の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる厚さ40nmのコート膜114が形成され、そのコート膜114上に厚さ100nmの酸化ジルコニウム膜が形成されている。 In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coating film 114 having a thickness of 40 nm made of aluminum oxynitride represented by the composition formula of Al 0.32 O 0.08 N 0.60 is formed on the end surface 113 on the light emitting side, A zirconium oxide film having a thickness of 100 nm is formed on the coat film 114.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの酸窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end surface 116 on the light reflecting side, and a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum oxynitride film, and the silicon oxide film is formed on the silicon oxide film. A highly reflective film in which a silicon oxide film having a thickness of 142 nm is laminated on the outermost surface after six pairs are laminated (lamination starts from a silicon oxide film) with a silicon oxide film having a thickness of 71 nm and a silicon nitride film having a thickness of 50 nm as one pair. Is formed.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, the crystal system of the coat film 114 was investigated by the electron beam diffraction pattern of TEM, and it was confirmed that the coat film 114 was composed of aluminum oxynitride crystals. It was. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

(実施の形態10)
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側の端面113に形成される膜の構成および光反射側の端面116に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
(Embodiment 10)
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the film formed on the end surface 113 on the light emission side and the configuration of the film formed on the end surface 116 on the light reflection side are changed. This has the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面113にアルミニウムの窒化物からなる厚さ50nmのコート膜114が形成され、そのコート膜114上に厚さ140nmの窒化シリコン膜が形成されている。   In the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, a coat film 114 made of aluminum nitride is formed on end face 113 on the light emitting side, and a 140 nm thick silicon nitride film is formed on coat film 114. Is formed.

また、光反射側の端面116には厚さ50nmのアルミニウムの窒化物膜が形成され、そのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ50nmの酸化シリコン膜が形成され、その酸化シリコン膜上に厚さ71nmの酸化シリコン膜と厚さ50nmの窒化シリコン膜とを1ペアとして6ペア積層(酸化シリコン膜から積層開始)した後に最表面に厚さ142nmの酸化シリコン膜が積層された高反射膜が形成されている。   Further, an aluminum nitride film having a thickness of 50 nm is formed on the end face 116 on the light reflection side, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed on the aluminum nitride film, and the thickness is formed on the silicon oxide film. Six pairs of a 71 nm silicon oxide film and a 50 nm thick silicon nitride film are stacked (starting from the silicon oxide film), and then a highly reflective film in which a 142 nm thick silicon oxide film is stacked on the outermost surface is formed. Has been.

ここで、実施の形態1と同様にして、TEMの電子線回折パターンにより、コート膜114の結晶系を調査したところ、コート膜114はアルミニウムの窒化物結晶から構成されていることが確認された。また、TEMの電子線回折パターンにより、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶とコート膜114を構成するアルミニウムの窒化物結晶の結晶軸が揃っていることも確認された。   Here, in the same manner as in the first embodiment, when the crystal system of the coat film 114 was examined by the electron beam diffraction pattern of TEM, it was confirmed that the coat film 114 was composed of an aluminum nitride crystal. . It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern of the TEM that the crystal axes of the nitride semiconductor crystal constituting the light exit side end face 113 and the aluminum nitride crystal constituting the coat film 114 were aligned.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても、実施の形態1と同様にして、エージング(70℃、CW駆動、光出力100mW)後のCODレベルを調査した。その結果、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルは、400時間のエージング後においてもほとんど低下していないことが確認された。   For the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the COD level after aging (70 ° C., CW drive, optical output 100 mW) was investigated as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the COD level of the nitride semiconductor laser element of this embodiment hardly decreased even after aging for 400 hours.

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のように、窒化物半導体結晶からなる光出射側の端面113上に、光出射側の端面113を構成する窒化物半導体結晶と結晶軸が揃った状態で結晶化しているアルミニウムの窒化物結晶からなるコート膜114を形成した場合には、そのコート膜114上に形成される膜は酸化物からなる膜よりも、窒化シリコン膜、シリコンの酸窒化物膜、またはアルミニウムの酸窒化物膜であることが信頼性の向上の観点からは好ましい。   Like the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the crystal axis is aligned with the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting side end face 113 on the light emitting side end face 113 made of a nitride semiconductor crystal. In the case where the coat film 114 made of crystallized aluminum nitride crystal is formed, the film formed on the coat film 114 has a silicon nitride film or silicon oxynitride film rather than an oxide film. Or an aluminum oxynitride film is preferable from the viewpoint of improving reliability.

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の端面部分の外観検査(チップ状に分割した後の窒化物半導体レーザ素子の端面上に形成された膜の剥がれ状態を実体顕微鏡などによって観察する)を行なった。このとき、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、アルミニウムの窒化物からなるコート膜114上にアルミニウムの酸化物膜を形成した実施の形態2の窒化物半導体レーザ素子よりも光出射側の端面上に形成された膜の剥がれの発生が低減できていることが確認された。   Further, an appearance inspection of the end face portion of the nitride semiconductor laser element of the present embodiment (observation of the peeling state of the film formed on the end face of the nitride semiconductor laser element after being divided into chips is observed with a stereomicroscope or the like) Was done. At this time, in the nitride semiconductor laser element of the present embodiment, the light emission side is higher than that of the nitride semiconductor laser element of the second embodiment in which the aluminum oxide film is formed on the coat film 114 made of aluminum nitride. It has been confirmed that the occurrence of peeling of the film formed on the end face of the film can be reduced.

ここで、アルミニウムの窒化物からなるコート膜114上に酸化物からなる膜を形成した場合に膜の剥がれが発生しなかった(以下、「膜の剥がれの歩留まり」という)のは全体の88%であり、アルミニウムの窒化物膜からなるコート膜114上に窒化物または酸窒化物からなる膜を形成した場合には膜の剥がれの歩留まりは全体の94%であった。   Here, when a film made of an oxide was formed on the coat film 114 made of aluminum nitride, film peeling did not occur (hereinafter referred to as “film peeling yield”) of 88% of the total. When a film made of nitride or oxynitride was formed on the coat film 114 made of an aluminum nitride film, the yield of film peeling was 94% of the whole.

このような膜の剥がれは、チップ状に分割する際に、たとえば図10の模式的断面図に示す窒化物半導体レーザ素子のCで示される領域で数多く発生し、その後のマウント工程および/またはエージング試験において膜の剥がれがさらに進行して、不良品が生産される原因となる。なお、図10に示す窒化物半導体レーザ素子は、電流狭窄を行なうためのSiO2層とTiO2層の積層体からなる積層体からなる絶縁膜78を有しているとともに電流を注入するためのp側電極79を有している。 Such film peeling often occurs in a region indicated by C in the nitride semiconductor laser device shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 10 when divided into chips, and the subsequent mounting step and / or aging is performed. In the test, peeling of the film further proceeds, causing defective products to be produced. The nitride semiconductor laser element shown in FIG. 10 has an insulating film 78 made of a laminated body of a SiO 2 layer and a TiO 2 layer for current confinement, and for injecting current. A p-side electrode 79 is provided.

以上の観点からは、コート膜114がアルミニウムの窒化物からなる場合には、そのコート膜114上に形成する膜は、窒化物または酸窒化物であることがより好ましい。コート膜114がアルミニウムの酸窒化物からなる場合には上記のようなコート膜114上の膜の材質の相違に起因する膜の剥がれの歩留まりの差異は見られなかったため、コート膜114を構成するアルミニウムの酸窒化物が熱膨張係数差および内部応力を緩和しているとも考えられる。   From the above viewpoint, when the coating film 114 is made of aluminum nitride, the film formed on the coating film 114 is more preferably nitride or oxynitride. In the case where the coat film 114 is made of aluminum oxynitride, the difference in film peeling due to the difference in the material of the film on the coat film 114 was not found, so that the coat film 114 is formed. It is also considered that aluminum oxynitride relaxes the difference in thermal expansion coefficient and internal stress.

また、電流狭窄を行なうための図1に示す絶縁膜109および図10に示す絶縁膜78を上記の実施の形態1〜10の工程で作製することによって、上述した窒化物半導体レーザ素子の端面における膜の剥がれの歩留まりを向上することができる。   Further, by forming the insulating film 109 shown in FIG. 1 and the insulating film 78 shown in FIG. 10 for current confinement in the steps of the first to tenth embodiments, the end face of the nitride semiconductor laser device described above is formed. The yield of film peeling can be improved.

窒化物半導体レーザ素子においてはリッジストライプ部付近の膜の剥がれが最も問題となるが、リッジストライプ部の脇に形成された絶縁膜と端面上に形成された膜とが接している場合には、リッジストライプ部付近の膜の剥がれの発生を有効に防止することができることがわかった。これは、絶縁膜と端面上に形成された膜とが接している部分で歪みが緩和されることによるものと考えられる。なお、絶縁膜と端面上に形成された膜とが接していない場合には膜の剥がれの歩留まりは全体の60%程度に低下した。   In the nitride semiconductor laser element, peeling of the film near the ridge stripe portion is the most problematic, but when the insulating film formed on the side of the ridge stripe portion and the film formed on the end surface are in contact with each other, It was found that the film peeling near the ridge stripe portion can be effectively prevented. This is considered to be due to the fact that the strain is relieved at the portion where the insulating film is in contact with the film formed on the end face. Note that when the insulating film and the film formed on the end surface are not in contact with each other, the film peeling yield was reduced to about 60% of the whole.

リッジストライプ部の脇に形成される絶縁膜としては、たとえば、酸化物(シリコン、ジルコニウム、タンタル、イットリウム、ハフニウム、アルミニウム、またはガリウムなどの酸化物)、窒化物(アルミニウムまたはシリコンなどの窒化物)、または酸窒化物(アルミニウムまたはシリコンなどの酸窒化物)からなる膜を用いることができる。   Examples of the insulating film formed on the side of the ridge stripe part include oxides (oxides such as silicon, zirconium, tantalum, yttrium, hafnium, aluminum, and gallium) and nitrides (nitrides such as aluminum and silicon). Alternatively, a film made of oxynitride (oxynitride such as aluminum or silicon) can be used.

なお、上記の実施の形態1〜10においては、リッジストライプ部111のストライプの幅を1.2〜2.4μm程度と例示しているが、本発明は、照明用途などで使用されるブロードエリア(リッジストライプ部111のストライプの幅が2〜100μm程度)型の窒化物半導体レーザ素子についても好適に適用することができる。   In the first to tenth embodiments described above, the stripe width of the ridge stripe portion 111 is exemplified as about 1.2 to 2.4 μm. However, the present invention is a broad area used for lighting applications and the like. The present invention can also be suitably applied to a nitride semiconductor laser element of the type (the stripe width of the ridge stripe portion 111 is about 2 to 100 μm).

また、上記の実施の形態1〜10において、コート膜114の形成温度は200℃以上であることが好ましい。この場合には、コート膜114を構成するアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶の結晶性を向上することができる。   In the first to tenth embodiments, the formation temperature of the coat film 114 is preferably 200 ° C. or higher. In this case, the crystallinity of the aluminum nitride crystal or the aluminum oxynitride crystal constituting the coat film 114 can be improved.

また、上記の実施の形態1〜10のように電極構造および電流狭窄構造を作製した後にコート膜114を形成する場合には、これらの構造の破壊を防止する観点からコート膜114の形成温度を500℃以下とすることが好ましい。   Further, when forming the coat film 114 after forming the electrode structure and the current confinement structure as in the first to tenth embodiments, the formation temperature of the coat film 114 is set from the viewpoint of preventing the destruction of these structures. It is preferable to set it to 500 ° C. or lower.

上記で説明したように、窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体結晶からなる光出射部に形成するコート膜114に、アルミニウムの窒化物だけでなく、アルミニウムの酸窒化物のように酸素を含有する材料を用いた場合であっても、これらの材料を結晶化して、光出射部の窒化物半導体結晶と結晶軸が揃ったアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶とすることによって、窒化物半導体レーザ素子のCODレベルが向上し、光出射部の劣化を長期にわたり有効に抑制することができるようになる。   As described above, the coating film 114 formed on the light emitting portion made of the nitride semiconductor crystal of the nitride semiconductor laser element contains oxygen such as aluminum oxynitride as well as aluminum nitride. Even if materials are used, nitriding by crystallizing these materials into nitride semiconductor crystals or aluminum oxynitride crystals whose crystal axes are aligned with the nitride semiconductor crystal of the light emitting portion. The COD level of the semiconductor laser device is improved, and the deterioration of the light emitting part can be effectively suppressed over a long period of time.

また、上記の実施の形態1〜10においては、半導体基板101としてn型GaN基板を用いているが、本発明は窒化物半導体結晶からなる光出射部に光出射部の窒化物半導体結晶と結晶軸が揃ったアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶からなるコート膜114を形成することによって、窒化物半導体レーザ素子の信頼性を向上させることを特徴の1つとするものである。したがって、半導体基板101にAlSGatN(s+t=1、0≦s≦1、0≦t≦1)の組成式で表わされる窒化物半導体からなる基板を用いることが好ましく、コート膜114との格子不整合を小さくし、欠陥や歪みを緩和する観点からは、半導体基板101としてはたとえばAlN基板またはAlGaN基板のようなアルミニウムを含む窒化物半導体基板を用いることが好ましい。 In the above first to tenth embodiments, an n-type GaN substrate is used as the semiconductor substrate 101. However, in the present invention, a nitride semiconductor crystal and a crystal of a light emitting portion are added to a light emitting portion made of a nitride semiconductor crystal. One feature is that the reliability of the nitride semiconductor laser device is improved by forming a coat film 114 made of aluminum nitride crystals or aluminum oxynitride crystals with aligned axes. Accordingly, the semiconductor substrate 101 and Al S Ga t N (s + t = 1,0 ≦ s ≦ 1,0 ≦ t ≦ 1) is preferably a substrate made of nitride semiconductor represented by the composition formula, coating film 114 From the standpoint of reducing the lattice mismatch and mitigating defects and strain, it is preferable to use a nitride semiconductor substrate containing aluminum such as an AlN substrate or an AlGaN substrate as the semiconductor substrate 101.

また、上記の実施の形態1〜10においては、窒化物半導体からなる半導体基板101上に窒化物半導体層を順次積層して窒化物半導体レーザ素子を作製しており、半導体基板101の窒化物半導体層の成長面に応じて、半導体基板101の成長面上に積層された窒化物半導体層の表面状態も変化し、窒化物半導体層の側面に形成されるコート膜114の結晶性も変化し得る。そのため、窒化物半導体レーザ素子の半導体基板101の成長面がコート膜114の結晶性に影響を与え得ることがわかった。ここで、窒化物半導体からなる半導体基板101の窒化物半導体層の成長面はC面{0001}、A面{11−20}、R面{1−102}またはM面{1−100}であることが好ましく、その成長面のオフ角はこれらの結晶面のうちいずれかの結晶面から2°以内であることが好ましい。   In the first to tenth embodiments described above, a nitride semiconductor laser element is manufactured by sequentially laminating nitride semiconductor layers on a semiconductor substrate 101 made of a nitride semiconductor. According to the growth surface of the layer, the surface state of the nitride semiconductor layer stacked on the growth surface of the semiconductor substrate 101 also changes, and the crystallinity of the coat film 114 formed on the side surface of the nitride semiconductor layer can also change. . Therefore, it has been found that the growth surface of the semiconductor substrate 101 of the nitride semiconductor laser element can affect the crystallinity of the coat film 114. Here, the growth surface of the nitride semiconductor layer of the semiconductor substrate 101 made of a nitride semiconductor is a C plane {0001}, an A plane {11-20}, an R plane {1-102}, or an M plane {1-100}. Preferably, the off-angle of the growth surface is preferably within 2 ° from any one of these crystal faces.

なお、結晶面および方向を表わす場合に、本来であれば所要の数字の上にバーを付した表現をするべきであるが、表現手段に制約があるため、本明細書においては、所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、所要の数字の前に「−」を付して表現している。   In addition, when expressing a crystal plane and a direction, it should be expressed by adding a bar on a required number, but since there are restrictions on expression means, in this specification, the required number is used. Instead of the expression with a bar on top, the symbol “-” is added in front of the required number.

また、上記の実施の形態1〜3においては、反射率を制御するために、コート膜114上にアルミニウムの酸化物膜115を形成しているが、たとえば、アルミニウムの酸化物膜、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ニオブ膜、酸化タンタル膜若しくは酸化イットリウム膜などの酸化物膜、アルミニウムの窒化物膜若しくは窒化シリコン膜などの窒化物膜およびコート膜114と組成の異なるアルミニウムの酸窒化物膜若しくはシリコンの酸窒化物膜などの酸窒化物膜からなる群から選択された少なくとも1種が形成されていてもよく、コート膜114上に膜を形成しなくてもよい。また、コート膜114上にはフッ化物からなる膜としてフッ化マグネシウム(MgF)膜が形成されてもよい。   In the first to third embodiments, the aluminum oxide film 115 is formed on the coat film 114 in order to control the reflectance. For example, an aluminum oxide film or a silicon oxide film is formed. Composition with titanium oxide film, hafnium oxide film, zirconium oxide film, niobium oxide film, oxide film such as tantalum oxide film or yttrium oxide film, nitride film such as aluminum nitride film or silicon nitride film, and coat film 114 At least one selected from the group consisting of an oxynitride film such as an aluminum oxynitride film or a silicon oxynitride film may be formed, and the film may not be formed on the coat film 114. Also good. Further, a magnesium fluoride (MgF) film may be formed on the coat film 114 as a film made of fluoride.

たとえば、一例として、コート膜114に厚さが20nmで酸素の含有量が10原子%のアルミニウムの酸窒化物膜を用い、コート膜114上に厚さ150nmの窒化シリコン膜を形成する。上述したように、窒化シリコン膜は防湿性が高く、酸素透過性が低いため、アルミニウムの酸窒化物膜からなるコート膜114上に窒化シリコン膜を形成した場合には、酸素などの透過による光出射部の酸化を抑制することができると考えられる。   For example, as an example, an aluminum oxynitride film having a thickness of 20 nm and an oxygen content of 10 atomic% is used as the coat film 114, and a silicon nitride film having a thickness of 150 nm is formed on the coat film 114. As described above, since the silicon nitride film has high moisture resistance and low oxygen permeability, when a silicon nitride film is formed on the coat film 114 made of an aluminum oxynitride film, light due to transmission of oxygen or the like is emitted. It is thought that oxidation of the emission part can be suppressed.

また、本発明において、窒化物半導体発光素子が窒化物半導体ダイオード素子である場合には、アルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶を含むコート膜は窒化物半導体ダイオード素子の発光面(光取り出し面)に形成される。ここで、発光面とは、窒化物半導体ダイオード素子から光が取り出される面を指し、窒化物半導体ダイオード素子の上面、下面または側面のいずれであってもよい。また、窒化物半導体ダイオード素子の発光波長(発光強度が最も大きい光の波長)には制限がなく、360nm程度の紫外域の波長または可視領域の波長においても問題なく適用することができる。また、上記と同様の理由で、コート膜のアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶は発光面を構成する窒化物半導体結晶と結晶軸が揃っていることが好ましく、コート膜の厚さは6nm以上150nm以下であることが好ましい。本発明の窒化物半導体ダイオード素子においては、たとえば、アルミニウムの酸窒化物結晶を含むコート膜は6nmの厚さに形成され、その上に厚さ80nmのアルミニウムの酸化物膜を形成することなどもできる。   In the present invention, when the nitride semiconductor light emitting device is a nitride semiconductor diode device, the coat film containing the aluminum nitride crystal or the aluminum oxynitride crystal is used as the light emitting surface of the nitride semiconductor diode device (light Formed on the extraction surface). Here, the light emitting surface refers to a surface from which light is extracted from the nitride semiconductor diode element, and may be any of an upper surface, a lower surface, or a side surface of the nitride semiconductor diode element. In addition, the emission wavelength of the nitride semiconductor diode element (the wavelength of light having the highest emission intensity) is not limited, and can be applied without problems even in the ultraviolet wavelength range or visible wavelength range of about 360 nm. For the same reason as described above, it is preferable that the aluminum nitride crystal or the aluminum oxynitride crystal of the coat film is aligned with the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting surface, and the crystal axis is aligned. Is preferably 6 nm or more and 150 nm or less. In the nitride semiconductor diode element of the present invention, for example, a coat film containing an aluminum oxynitride crystal is formed to a thickness of 6 nm, and an aluminum oxide film having a thickness of 80 nm is formed thereon. it can.

また、本発明において、コート膜がアルミニウムの酸窒化物結晶からなる場合には、酸素の含有量がグレーデッド(光出射部とコート膜との界面からコート膜の最表面に向かって酸素の含有量が次第に減少または増加すること)状に変化していてもよい。実際には、コート膜中で酸素の含有量は多少のばらつきを有する。また、コート膜中の酸素の含有量は35原子%以下の範囲内でばらつくことが好ましい。   In the present invention, when the coat film is made of aluminum oxynitride crystal, the oxygen content is graded (the oxygen content from the interface between the light emitting portion and the coat film toward the outermost surface of the coat film). The amount may be gradually reduced or increased). Actually, the oxygen content in the coating film varies somewhat. Further, it is preferable that the oxygen content in the coating film varies within a range of 35 atomic% or less.

(実施の形態11)
図9に、本発明の窒化物半導体トランジスタ素子の一例であるMIS型のHFET素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、MIS型のHFET素子は、半導体基板71上に、GaN層72およびAlGaN層73が順次積層された構成を有している。そして、AlGaN層73上にはソース電極74およびドレイン電極75が互いに所定の間隔を空けて設置されており、ソース電極74とドレイン電極75との間にはゲート絶縁膜77が形成されており、ゲート絶縁膜77上にはゲート電極76が形成されている。なお、GaN層72およびAlGaN層73はそれぞれ本発明における窒化物半導体の一例である。
(Embodiment 11)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a preferred example of a MIS type HFET device which is an example of the nitride semiconductor transistor device of the present invention. Here, the MIS type HFET element has a configuration in which a GaN layer 72 and an AlGaN layer 73 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 71. On the AlGaN layer 73, a source electrode 74 and a drain electrode 75 are disposed with a predetermined space therebetween, and a gate insulating film 77 is formed between the source electrode 74 and the drain electrode 75. A gate electrode 76 is formed on the gate insulating film 77. Each of the GaN layer 72 and the AlGaN layer 73 is an example of a nitride semiconductor in the present invention.

ここで、本実施の形態のMIS型のHFET素子においては、ゲート絶縁膜77としてAlGaN層73を構成する窒化物半導体結晶と結晶軸が揃っているアルミニウムの窒化物結晶またはアルミニウムの酸窒化物結晶からなる膜を用いていることに特徴がある。これにより、リーク電流の発生を抑制することができるとともに信頼性を向上することができる。なお、ゲート絶縁膜77の厚さは、たとえば10nm程度とすることができ、2nm以上50nm以下の範囲とすることが好ましい。   Here, in the MIS type HFET device of the present embodiment, the nitride semiconductor crystal constituting the AlGaN layer 73 as the gate insulating film 77 and the aluminum nitride crystal or the aluminum oxynitride crystal whose crystal axes are aligned. It is characterized by using a film made of Thereby, generation | occurrence | production of leak current can be suppressed and reliability can be improved. The thickness of the gate insulating film 77 can be, for example, about 10 nm, and is preferably in the range of 2 nm to 50 nm.

このようなゲート絶縁膜77としては、たとえば、Aldef(d+e+f=1、0<e≦0.35)の組成式で表わされるアルミニウムの酸窒化物からなる膜を用いることができる。上記の組成式において、dはアルミニウム(Al)の組成比を示し、eは酸素(O)の組成比を示し、fは窒素(N)の組成比を示す。 As such a gate insulating film 77, for example, a film made of an aluminum oxynitride represented by a composition formula of Al d O e N f (d + e + f = 1, 0 <e ≦ 0.35) can be used. . In the above composition formula, d represents the composition ratio of aluminum (Al), e represents the composition ratio of oxygen (O), and f represents the composition ratio of nitrogen (N).

また、ゲート絶縁膜77は、実施の形態1のコート膜114と同様の方法で形成することができる。   The gate insulating film 77 can be formed by a method similar to that of the coating film 114 in Embodiment 1.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、高温かつ高出力の駆動においても十分な信頼性を得ることができる窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を製造するための窒化物半導体発光素子の製造方法、ならびに信頼性を向上することができる窒化物半導体トランジスタ素子を提供することができる。   According to the present invention, a nitride semiconductor light emitting device capable of obtaining sufficient reliability even at high temperature and high output drive, a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device, and A nitride semiconductor transistor device capable of improving reliability can be provided.

また、本発明は、光出射部を含む端面部分に窓構造(たとえばGaAs系の半導体レーザ素子で用いられている端面付近の活性層の組成を平均化してバンドギャップを大きくし、CODレベルを向上させた構造)を有する窒化物半導体レーザ素子にも適用可能であると考えられる。   In addition, the present invention provides a window structure (for example, the composition of the active layer in the vicinity of the end face used in a GaAs-based semiconductor laser device, averages the band gap to increase the COD level at the end face portion including the light emitting portion. It is considered that the present invention can also be applied to a nitride semiconductor laser device having the above structure.

71 半導体基板、72 GaN層、73 AlGaN層、74 ソース電極、75 ドレイン電極、76 ゲート電極、77 ゲート絶縁膜、78 絶縁膜、79 p側電極、100 窒化物半導体レーザ素子、101 半導体基板、102 バッファ層、103
n型クラッド層、104 n型ガイド層、105 多重量子井戸活性層、106 p型電流ブロック層、107 p型クラッド層、108 p型コンタクト層、109 絶縁膜、110 p電極、111 リッジストライプ部、112 n電極、113,116 端面、114 コート膜、115,118 アルミニウムの酸化物膜、117 アルミニウムの酸窒化物膜、119 高反射膜、200 成膜室、201 ガス導入口、202 マイクロ波導入窓、203 磁気コイル、204 Alターゲット、205 ヒータ、206 試料、207 試料台、208 RF電源、209 ガス排気口、210 マイクロ波。
71 Semiconductor substrate, 72 GaN layer, 73 AlGaN layer, 74 source electrode, 75 drain electrode, 76 gate electrode, 77 gate insulating film, 78 insulating film, 79 p-side electrode, 100 nitride semiconductor laser element, 101 semiconductor substrate, 102 Buffer layer, 103
n-type cladding layer, 104 n-type guide layer, 105 multiple quantum well active layer, 106 p-type current blocking layer, 107 p-type cladding layer, 108 p-type contact layer, 109 insulating film, 110 p electrode, 111 ridge stripe portion, 112 n electrode, 113, 116 end face, 114 coat film, 115, 118 aluminum oxide film, 117 aluminum oxynitride film, 119 highly reflective film, 200 film formation chamber, 201 gas introduction port, 202 microwave introduction window , 203 Magnetic coil, 204 Al target, 205 heater, 206 sample, 207 sample stage, 208 RF power supply, 209 gas exhaust port, 210 microwave.

Claims (2)

光出射部にコート膜が形成されている窒化物半導体発光素子において、
前記コート膜は、アルミニウムの窒化物結晶、もしくはアルミニウムの酸窒化物結晶から構成されており、
さらに前記コート膜は、光出射部を構成する窒化物半導体結晶と結晶軸が揃っていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
In the nitride semiconductor light emitting device in which the coat film is formed in the light emitting portion,
The coat film is made of aluminum nitride crystal or aluminum oxynitride crystal,
Furthermore, the coating film has a crystal axis aligned with the nitride semiconductor crystal constituting the light emitting portion.
前記コート膜上に、アモルファス膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an amorphous film is formed on the coat film.
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